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座標・比例のグラフ

平面上の点の位置は、2つの数の組(座標)で表せます。比例 \(y = ax\) のグラフは、原点を通る直線になります。

この単元でできるようになること

  • 点の座標を読み、座標平面に点を打てる
  • 点がどの象限にあるか答えられる
  • 比例 \(y = ax\) のグラフをかける
  • 比例定数 \(a\) とグラフのかたむきの関係を説明できる
  • グラフから比例の式を求められる
  • 変域があるときのグラフと \(y\) の変域を求められる

前に習ったこと

始める前に、次の問題が解けるか確かめよう。

問題を読み込んでいます…

基本を理解する

まず、グラフを予想して描こう

\(y=2x+1\) の形を予想し、指やマウスで線を描いてから「正解と重ねる」を押してください。次に \(a\) と \(b\) を動かし、傾きと切片の役割を発見しましょう。

座標とは何か

平面上の点の位置を表す

地図では「東に3ブロック、北に2ブロック」のように位置を表す。数学では2つの数の組で平面上の点の位置を表す。

点 P(3, 2) の位置 原点 O から x 軸の方向に 3、y 軸の方向に 2 進んだところに点 P(3, 2) がある。 x y O −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 P(3, 2)

座標の表し方

平面上の点 \(\text{P}\) の位置は \(\text{P}(x, y)\) と表す。

  • \(x\) 座標(横):\(x\) 軸方向の位置。右が正、左が負。
  • \(y\) 座標(縦):\(y\) 軸方向の位置。上が正、下が負。
  • 原点:\(x\) 軸と \(y\) 軸の交点 \(\text{O}(0, 0)\)

数直線から平面座標へ

x軸・y軸とは

座標平面の4つの象限 x 軸と y 軸で分けられた4つの部分。右上が第1象限、左上が第2象限、左下が第3象限、右下が第4象限。A(3, 2) は第1象限、B(−2, 3) は第2象限、C(−3, −2) は第3象限、D(2, −3) は第4象限にある。 x y O −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 第1象限 第2象限 第3象限 第4象限 A(3, 2) B(−2, 3) C(−3, −2) D(2, −3)

4つの象限

\(x\) 軸と \(y\) 軸により平面は4つの領域(象限)に分かれる。

象限 \(x\) の符号 \(y\) の符号 例
第1象限 \(+\) \(+\) \((3, 2)\)
第2象限 \(-\) \(+\) \((-2, 3)\)
第3象限 \(-\) \(-\) \((-3, -2)\)
第4象限 \(+\) \(-\) \((2, -3)\)

軸上の点(\(x=0\) や \(y=0\))はどの象限にも属さない。

点を座標平面上に打つ方法

手順を覚えよう

点 \(\text{P}(4, -3)\) を打つ手順:

点 P(4, −3) を打つ x = 4 の位置から縦の線、y = −3 の位置から横の線を引き、2本の交わったところが点 P(4, −3)。 x y O 1 2 3 4 5 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 P(4, −3)

点を打つ3ステップ

ステップ① \(x\) 座標の値の位置から、\(x\) 軸に垂直な点線を引く

ステップ② \(y\) 座標の値の位置から、\(y\) 軸に垂直な点線を引く

ステップ③ 2本の点線の交点に点を打つ

よくある間違い

  • \((x, y)\) の順番を逆に読んでしまう(\(x\) が横、\(y\) が縦)
  • 負の座標のとき、逆方向に打ってしまう

比例のグラフを書く手順

\(y = 2x\) のグラフを書いてみよう

比例 \(y = ax\) のグラフは原点を通る直線になる。直線は「2点を決めれば引ける」。

STEP 1:表を作る

\(y = 2x\) に \(x\) の値を代入して \(y\) を求める。

\(x\) \(\cdots\) \(-2\) \(-1\) \(0\) \(1\) \(2\) \(\cdots\)
\(y\) \(\cdots\) \(-4\) \(-2\) \(0\) \(2\) \(4\) \(\cdots\)

STEP 2:点を座標平面上に打つ

表から得た点 \((-2,-4)\)、\((-1,-2)\)、\((0,0)\)、\((1,2)\)、\((2,4)\) を打つ。

y = 2x の表の点を打った図 x = −2, −1, 0, 1, 2 のときの点 (−2, −4)、(−1, −2)、(0, 0)、(1, 2)、(2, 4) を打った図。 x y O −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5

STEP 3:点を直線で結ぶ

打った点を通るようにまっすぐな直線を引く(端まで伸ばす)。

y = 2x のグラフ 原点を通る右上がりの直線 y = 2x。点 (−2, −4)、(−1, −2)、(0, 0)、(1, 2)、(2, 4) を通る。 x y O −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 y = 2x

直線を引くコツ

比例のグラフは原点(0, 0)を必ず通る。

原点ともう1点(例えば \((1, a)\))の2点を決めれば直線が引ける。

  • \(y = 2x\) → 原点と \((1, 2)\) を結ぶ
  • \(y = -3x\) → 原点と \((1, -3)\) を結ぶ

比例定数 \(a\) とグラフの形

\(a\) の値による違い

比例定数とグラフのかたむき y = 3x、y = x、y = −x、y = −3x のグラフ。a > 0 なら右上がり、a < 0 なら右下がり。a の絶対値が大きいほど、かたむきが急になる。 x y O −4 −2 2 4 −4 −2 2 4 y = 3x y = x y = −x y = −3x

比例定数 \(a\) の大小と傾き

  • \(a > 0\)(正)→ 右上がりの直線
  • \(a < 0\)(負)→ 右下がりの直線
  • \(a\) の絶対値が大きいほど傾きが急になる
  • \(a\) の絶対値が小さいほど(\(0\) に近いほど)傾きがなだらか

どんな \(a\) でも必ず原点 \(\text{O}(0, 0)\) を通る。

比例のグラフの書き方まとめ

実際に \(y = -\dfrac{3}{2}x\) のグラフを書く

分数の比例定数でも手順は同じ。整数の座標になる点を選ぶのがコツ。

STEP 1:\(x = 2\) のとき \(y = -\dfrac{3}{2} \times 2 = -3\) → 点 \((2, -3)\)

STEP 2:原点 \((0, 0)\) と点 \((2, -3)\) を座標平面上に打つ

STEP 3:2点を通る直線を引く(両端まで伸ばす)

y = −3/2 x のグラフ 原点 O(0, 0) と点 (2, −3) を通る右下がりの直線。 x y O −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 y = −3/2 x (2, −3)

分数の比例定数のとき

\(y = \dfrac{p}{q}x\) の形のとき、\(x = q\)(分母)を代入すると \(y = p\)(分子)になり、整数の座標が得られる。

例:\(y = -\dfrac{3}{2}x\) → \(x = 2\) を代入 → \(y = -3\) → 点 \((2, -3)\)

グラフから式を読み取る

グラフが与えられた場合は、グラフが通る点を読み取って式を求める。

手順

① グラフ上の点の座標 \((x, y)\) を読み取る(原点以外の整数座標)

② \(y = ax\) に代入して \(a\) を求める

③ 式を完成させる

グラフから比例の式を読み取る 原点を通る直線が点 (3, −6) を通る。y = ax に x = 3、y = −6 を代入すると a = −2。 x y O −3 −2 1 2 3 4 5 −6 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 y = −2x (3, −6)

変域とグラフ

変域とは

\(x\) のとりうる値の範囲を変域という。変域があるとき、グラフは直線の一部(線分)になる。

\[ -2 \leq x \leq 3 \quad \text{($x$ は} -2 \text{以上} 3 \text{以下)} \]

変域の記号

  • \(a \leq x \leq b\):\(x\) は \(a\) 以上 \(b\) 以下(端点を含む)→ 端点に●
  • \(a < x < b\):\(x\) は \(a\) より大きく \(b\) より小さい(端点を含まない)→ 端点に○

\(y = 2x\)(\(-2 \leq x \leq 3\))のグラフ

変域のある比例のグラフ y = 2x のグラフのうち、−2 ≦ x ≦ 3 の部分(点 (−2, −4) から点 (3, 6) まで)。 x y O −4 −3 −2 1 2 3 4 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 6 (−2, −4) (3, 6)

\(x = -2\) のとき \(y = 2 \times (-2) = -4\) → 点 \((-2, -4)\)

\(x = 3\) のとき \(y = 2 \times 3 = 6\) → 点 \((3, 6)\)

この2点を結んだ線分が答え。

\(y\) の変域も求められる

\(x\) の変域 \(-2 \leq x \leq 3\) のとき、\(y = 2x\) の変域:

\(x = -2\):\(y = -4\)(最小値)、\(x = 3\):\(y = 6\)(最大値)

\[-4 \leq y \leq 6\]

例題

例題1 点を打つ

次の各点を座標平面に打て。

\(\text{A}(3, 4)\)、\(\text{B}(-2, 1)\)、\(\text{C}(-3, -3)\)、\(\text{D}(4, -2)\)、\(\text{E}(0, 3)\)、\(\text{F}(-4, 0)\)

解答

点 A〜F を座標平面に打った図 A(3, 4)、B(−2, 1)、C(−3, −3)、D(4, −2)、E(0, 3)、F(−4, 0) の6つの点。 x y O −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 A B C D E F

E は \(y\) 軸上、F は \(x\) 軸上にある(どの象限にも属さない)。


例題2 グラフを書く(正の比例定数)

\(y = 3x\) のグラフを書け。

解答

STEP 1:表を作る

\(x\) \(-2\) \(-1\) \(0\) \(1\) \(2\)
\(y\) \(-6\) \(-3\) \(0\) \(3\) \(6\)

STEP 2・3:点を打って直線を引く

y = 3x のグラフ 原点と点 (1, 3) を通る右上がりの直線。 x y O −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 y = 3x (1, 3)

原点と \((1, 3)\) を結ぶ右上がりの直線。


例題3 グラフを書く(負の比例定数)

\(y = -\dfrac{1}{2}x\) のグラフを書け。

解答

分数なので \(x = 2\) を代入:\(y = -\dfrac{1}{2} \times 2 = -1\) → 点 \((2, -1)\)

原点 \((0, 0)\) と \((2, -1)\) を結ぶ直線を引く。

y = −x/2 のグラフ 原点と点 (2, −1) を通る、なだらかな右下がりの直線。 x y O −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 −5 −4 −3 −2 1 2 3 4 5 y = −x/2 (2, −1)

右下がりのなだらかな直線。


例題4 グラフから式を求める

次のグラフは比例 \(y = ax\) のグラフである。\(a\) の値と式を求めよ。

グラフが点 \((4, -6)\) を通っている。

解答

\(y = ax\) に \(x = 4,\ y = -6\) を代入:

\[-6 = a \times 4\]
\[a = -6 \div 4 = -\frac{3}{2}\]
\[\boxed{y = -\frac{3}{2}x}\]

例題5 変域のあるグラフ

\(y = -2x\)(\(-1 \leq x \leq 3\))のグラフを書き、\(y\) の変域も求めよ。

解答

端点の座標を求める:

  • \(x = -1\) のとき:\(y = -2 \times (-1) = 2\) → 点 \((-1, 2)\)
  • \(x = 3\) のとき:\(y = -2 \times 3 = -6\) → 点 \((3, -6)\)

y = −2x(−1 ≦ x ≦ 3)のグラフ y = −2x のグラフのうち、点 (−1, 2) から点 (3, −6) までの部分。 x y O −3 −2 1 2 3 4 5 −6 −5 −4 −3 −2 1 2 3 (−1, 2) (3, −6)

\(y\) の変域:\(x = -1\) で \(y = 2\)(最大)、\(x = 3\) で \(y = -6\)(最小)

\[\boxed{-6 \leq y \leq 2}\]

例題6 \(y\) の変域から \(x\) の変域を求める

\(y = 3x\) のグラフで、\(y\) の変域が \(-9 \leq y \leq 6\) のとき、\(x\) の変域を求めよ。

解答

\(y = 3x\) より \(x = \dfrac{y}{3}\)

  • \(y = -9\) のとき:\(x = \dfrac{-9}{3} = -3\)
  • \(y = 6\) のとき:\(x = \dfrac{6}{3} = 2\)
\[\boxed{-3 \leq x \leq 2}\]

自分でやってみる

解いたら「答えを確認」で確かめよう。

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間違えやすいポイント

よくある間違い

  • \((x, y)\) の順番を逆に読む(\(x\) が先で横、\(y\) が後で縦)
  • 比例のグラフを原点から書かずに、中途半端な位置に書いてしまう
  • 変域があるとき、直線(矢印付き)で書いてしまう(正しくは線分)
  • \(a < 0\) のとき、\(x\) が増えると \(y\) の変域の最大・最小が逆になることを忘れる

まとめ

座標・比例グラフのまとめ

座標の基本

  • 点 \(\text{P}(x, y)\):\(x\) が横(右が正)、\(y\) が縦(上が正)
  • 原点 \(\text{O}(0, 0)\):2軸の交点
  • 4象限:右上(+,+)→第1、左上(-,+)→第2、左下(-,-)→第3、右下(+,-)→第4

比例グラフの書き方(3ステップ)

  1. 表を作って点の座標を求める
  2. 座標平面に点を打つ
  3. 点を通る直線を引く(端まで伸ばす)

グラフの特徴

  • 必ず原点を通る直線
  • \(a > 0\) → 右上がり、\(a < 0\) → 右下がり
  • 分数の \(a\) → 分母を \(x\) に代入すると整数の点が得られる

変域があるとき

  • 端点の \(y\) 座標を求め、線分でグラフを書く
  • \(y\) の変域は端点の \(y\) 座標の小さい方から大きい方

理解度チェック

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